20 años de retrospectiva de la RESPIROMETRÍA automatizada en España - Emilio Serrano

20 años de retrospectiva de la RESPIROMETRÍA automatizada en España

25/02/2018

20 años de retrospectiva de la RESPIROMETRÍA automatizada en España


Emilio Serrano

Emilio Serrano

  • Ingeniero Técnico Industrial
  • Cofundador y administrador solidario de SURCIS S.L.
  • Experto en Respirometría


 
"En general, a día de hoy parecen presentarse dos grandes retos; ya no solo en las aplicaciones de la Respirometría de laboratorio y on-line, sino además en las tecnologías utilizadas en los propios procesos de depuración. Uno de ellos sigue siendo el ahorro energético y el otro es el control y protección efectiva del proceso de la nitrificación"
 
En este artículo de opinión, se pretende dar una visión retrospectiva de lo que, desde mi conocimiento como especialista, ha sido la tecnología de la Respirometría automatizada en España aplicada a los procesos aerobios de fangos activos durante los últimos 20 años.
 
Sin embargo, se debe tener en cuenta que el campo de la respirometría es sumamente amplio y, por esta razón, es muy posible que se me escapen datos e informaciones que debido a mis restringidas fuentes de información han quedado fuera de mi alcance. 
 
Por otro lado, aquí se habla de equipos y aplicaciones de la respirometría, y se mencionan algunas marcas sin pretensión alguna de divulgación comercial ni marketing sino simplemente como dato informativo de carácter divulgativo.
   

Historia de la respirometría en España

 
Por las noticias de que dispongo, en España la respirometría automatizada empezó a utilizarse con medidas directas de tasa de consumo de oxígeno para valorar distintos tipo de reacciones biológicas en los fangos activos a principios de los años 90. 
 
Precisamente durante esa década la empresa Geónica S.A. de Madrid, de la que un servidor formaba parte, dio un paso adelante con la primera respirometría automatizada en España, cogiendo la distribución de la firma Manotherm (Holanda) con su respirómetro RA-1000.
 
 
 
 
 
El RA-1000 en realidad se diseñó y desarrolló en la Universidad de Wageningen por el Dr. H. Spanjers con la colaboración del Dr. A. Klapwijik que, por aquel entonces eran con toda probabilidad los grandes padres de la respirometría.
 
Estos personajes, con la importante colaboración del Dr. H. Brouwer, dieron paso además a una serie de medidas y parámetros optimizados, tales como la determinación automatizada de las tasas de respiración endógena y total, así como el consumo de oxígeno necesario para la oxidación de un sustrato orgánico, que la llamaron DBO de periodo corto (DBOst) y con el que abrían la puerta a un importante abanico de aplicaciones a las que la respirometría tradicional no había tenido un fácil acceso.
 
Para ello, el personal de Geónica fue debidamente entrenado por Manotherm en Holanda y posteriormente por el mismo Dr. Klapwijk y Dr. Brouwer en sus visitas a España.
 
Es muy probable que, por aquel entonces, prácticamente no existiera otro respirómetro automático en España que el RA-1000.
 
Gracias a la experiencia obtenida con el RA-1000 y el inestimable soporte técnico del Dr. Brower, patenté un sistema de respirometría denominado "Método y dispositivo para el análisis continuo de la respiración de un fango activo" y con ello se fundó la primera empresa Surcis que consiguió fabricar e instalar algunos analizadores de respirometría on-line, de tipo artesanal y sin mucho éxito.
 
Este primer Surcis tuvo una vida muy corta, ya que fue absorbida por la empresa Neurtek Medioambiente en donde se empezaron a fabricar respirómetros de laboratorio (BM3-LAB, BM3-P y BM-E8) y uno online (BM-online).
 
Los respirómetros de laboratorio fueron los más representativos y los que más se instalaron en toda España, tanto en depuradoras municipales como en universidades e industrias. Se trataba de respirómetros de alta calidad y, prueba de ello es que todavía existe un número representativo de estos respirómetros funcionando.
 
 
 
España, gracias a la difusión de los respirómetros de Neurtek Medioambiente, pareció que estaba despertando a la respirometría automatizada.
 
Tímidamente, además del BM3-LAB, empezaron a sonar algunos respirómetros fabricados fuera de España, como el Bioscience, N-Con, Columbus, entre otros, de los que es posible que se instalaran algunos de ellos.
 
También había algunos laboratorios que ya incluían análisis de respirometría en la caracterización de los procesos de fangos activos. Probablemente uno de los más representativos era/es el Laboratorio del Dr. Borrell (Barcelona) y que actualmente sigue con ello. 
 
Más adelante, Neurtek Medioambiente pasó a integrarse en el grupo Lange y durante algún tiempo se dejaron de fabricar respirómetros comerciales en España, hasta que en el año 2003, gracias al acuerdo que tuve con la empresa Dinter S.A. se constituye la actual Surcis, S.L. aprovechando la propia infraestructura de Dinter. De este modo, ambas empresas pasaron a trabajar en paralelo y de forma simultánea.
 

Surcis aparece en el mercado

 
El nuevo Surcis empezó fabricando un único modelo de respirómetro denominado BM-T que de alguna forma estaba inspirado en el antiguo BM-LAB de Neurtek Medioambiente pero con las importantes mejoras de que se trataba de un sistema relativamente compacto, parte del funcionamiento y tratamiento de medidas pasaba a ser controlado por un software cargado en un ordenador, que se completaba con un control automático de temperatura mediante una unidad termostática externa. Opcionalmente, este analizador podía complementarse con una maleta de aluminio acolchada para convertirse en un sistema fácilmente transportable.
 
 
  
Surcis, empezó introduciendo su respirómetro BM-T por medio de una serie de work-shops y demostraciones en depuradoras reales. No solo en España sino también en distintos países europeos.
 
Durante esa época, la empresa Izasa empezó también a comercializar un respirómetros de la firma británica Strathkelvin Instruments y Bioscience, con una penetración de mercado relativa.
 
 
 
El analizador Bioscience, utilizaba (y sigue utilizando) la tecnología electrolítica mediante la combinación de un manómetro que mide la presión de y la generación de oxígeno por electrolisis en cada una de sus celdas.
 
Estos analizadores presentaban la ventaja de disponer de varios vasos reactores que podían funcionar de forma simultánea. Sin embargo no pareció que tuvieran la penetración de mercado esperada.
 
Es posible que, las empresas distribuidoras de estos equipos aún siendo grandes profesionales no pudieran estar al corriente de las aplicaciones más adecuadas para cada proceso y su posible problemática. Cosa que no sucedía con Surcis, ya que con el equipo se ofrecía una guía de aplicaciones que se iba actualizando con el tiempo y los clientes eran entrenados y atendidos por especialistas en respirometría.
 
Por otro lado, la gran diferencia y novedad que ofrecía el respirómetro de Surcis es que se trataba de un sistema abierto, con varios modos de trabajo que incluían la programación de diferentes condiciones de trabajo.
 
Así mismo, por su rapidez, permitían rentabilizar el tiempo operativo. El software, no estaba constituido por programas dirigidos hacia  aplicaciones concretas; con lo cual, un usuario bien entrenado podía (y de echo sucedía muy a menudo) generar sus propias aplicaciones. Por otro lado, incorporaba distintas medidas automáticas que otros respirómetros no tenían y que, en combinación con las distintas condiciones de trabajo, permitían abordar un elevado número de aplicaciones.
 
Con todo ello, gracias a Surcis y a otras empresas del ramo, la respirometría empezó a extenderse en España de forma progresiva y creciente.
 
Surcis, ya no solo era fabricante de equipos sino que empezó a ser solicitado para la realización de estudios de Respirometría de distinta índole. Para ello se basaba en el amplio abanico de aplicaciones que los respirómetros podían ofrecer y su experiencia en el campo de la depuración biológica de las aguas residuales.  
 
A los 5 años de su existencia, el BM-T se dejó de fabricar (pero no de funcionar).
 
Desde entonces hasta ahora, con el fin de abarcar un mayor abanico de posibilidades, Surcis ha ido desarrollando nuevos modelos de analizadores de respirometría con características tan importantes como la de incluir en el propio analizador el sistema de atemperación, estar dotado de un software capaz de controlar de forma automática los niveles de oxígeno, pH y temperatura, y el de incluir un sensor de potencial Redox en el conjunto de sensores instalados en su único vaso reactor. 
 
 

 

Respirometría y Bioindicación

 
En el año 2006 Surcis firma un contrato de colaboración con el Grupo Bioindicación Sevilla (GBS) participando en los Interlaboratorio anuales y algunos cursos. Por otro lado, en el año 2008, Surcis también empieza a colaborar con la empresa de bioindicación Hydrolab Microbiologica.
 
De este modo, se empiezan a llevar a cabo trabajos en donde Bioindicación y Respirometría aúnan sus respectivas tecnologías complementando sus análisis de forma coherente.
 
 
 
Corriendo el año 2012, consciente de que por aquel entonces, se empezaba a incrementar notablemente la introducción de los procesos de depuración con biofilms a base de portadores sólidos de biomasa, de alguna forma inducidos por la firma internacional Aqwise, Surcis desarrolla un importante dispositivo para su línea de respirómetros denominado reactor Biomass-carrier.
 
 
 
Posteriormente, este dispositivo demostró su gran efectividad y se empezó a adquirir en varias instituciones, especialmente en universidades para sus programas de investigación (Universidad de Granada, Universidad Nacional de Singapur, entre otras).
 

Otros dispositivos de respirometría

 
En el año 2012 el Grupo de Investigación Calagua, del Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente de la Universidad Politécnica de Valencia, desarrolla y patenta un avanzado sistema de análisis de procesos y respirometría denominado BioCalibra.
 
 
 
El BioCalibra fue utilizado ampliamente por varias instituciones, especialmente por la empresa FACSA y por el Instituto del Agua de la Universidad de Granada (conjuntamente con el BM-T de Surcis).
 
Ya a finales del año 2016, aparece el modelo BM-Advance Pro de Surcis incorporando un sensor de potencial Redox al modelo BM-Advance.
 
Durante este mismo periodo de tiempo, los nuevos respirómetros de Strathkelvin Instruments (el Strathtox de laboratorio, el ASP-Con online y el AS-Bioscope portátil, trataron de introducirse en el mercado a través de su distribuidor).
 
Durante estos dos últimos años, Surcis perfecciona el software común a toda la línea de respirómetros, ampliando su capacidad de medidas, duración de ensayos, presentación simultánea de respirogramas, actualización desde un nuevo en lace de internet, entre otros.
 
 
 
En cuanto al tipo de usuarios es importante resaltar que, en los inicios, una gran parte de la respirometría se dedicaba a los procesos de fangos activos de plantas depuradoras municipales (EDAR), mientras que en los últimos años se está experimentando un creciente aumento de adquisición de respirómetros en el campo industrial (EDARi), tanto a nivel nacional como internacional.
 
Actualmente, el mercado de los respirómetros de laboratorio está liderado por Surcis.
 
En cuanto a estudios de respirometría, además de Surcis, existen varios laboratorios, empresas y universidades que se dedican a ello.
  
Hasta ahora hemos hablado de la respirometría de laboratorio porque en realidad es la que ha tenido una difusión mayoritaria y representativa durante todos estos años.
 

Llega la respirometría ON-LINE

 
La respirometría on-line o de proceso, ya tuvo sus intentos por parte del primer Surcis y por Neurtek Medioambiente y de hecho se llegaron a instalar algunos equipos de este tipo, sin embargo, su vida fue relativamente corta.
 
Las principales razones por las que quizás se puedan esgrimir para justificar la escasa difusión de la respirometría online son el precio, el mantenimiento y la limitación a un número muy reducido de aplicaciones.
 
Recientemente la empresa Sensara parece haber dado un paso importante al fabricar un nuevo respirómetro on-line denominado SN8 (dos modelos).
 
Se trata de un analizador configurable que además de las medidas de respirometría (OUR, SOUR) puede incluir la medida de Oxígeno disuelto o pH o Redox o Temperatura o Turbidez/Sólidos en suspensión o Conductividad.
 
Con todo ello, además de las medidas directas de los sensores, según figura en su material de promoción, proporciona de forma automática la tasa de respiración por nitrificación (Rsn) y la Tasa de nitrificación (AUR).
 
 
 

Actuales retos de la respirometría

 
En general, a día de hoy parecen presentarse dos grandes retos; ya no solo en las aplicaciones de la Respirometría de laboratorio y on-line, sino además en las tecnologías utilizadas en los propios procesos de depuración. Uno de ellos sigue siendo el ahorro energético y el otro es el control y protección efectiva del proceso de la nitrificación.   
 
Por lo que al ahorro energético se refiere, la Respirometría avanzada puede determinar el mínimo nivel de oxígeno disuelto con que el proceso de la nitrificación puede operar sin detrimento del rendimiento. Esta es una aplicación importante, pero se sigue investigando en este sentido para conseguir una mayor efectividad involucrando la influencia de las condiciones equivalentes de pH y Temperatura.
 
En cuanto a la nitrificación, el inconveniente potencial que puede tener el análisis de este proceso es que la biomasa nitrificante convive con la biomasa heterótrofa (responsable de la eliminación de la materia orgánica) y ambas pueden estar activas de forma simultánea. De este modo, una tasa de respiración global podría incluir la demanda de oxígeno de ambas poblaciones de microorganismos.
 
Este inconveniente potencial se suele solucionar mediante la utilización de cloruro de amonio y/o un inhibidor de la nitrificación (ATU); y con ello se puede averiguar el estado actual de este proceso, por medio de la tasa de nitrificación y su cinética en condiciones equivalentes.
 
Cuando en la respirometría se tienen a mano las herramientas adecuadas que nos puedan permitir realizar los ensayos en condiciones equivalentes de temperatura, oxígeno, pH, etc., se convierte en una tecnología apasionante ya que puede conducir a un sinfín de aplicaciones e ir perfeccionando cada vez más las técnicas utilizadas.
 
Naturalmente siempre necesitaremos el apoyo de la bibliografía existente que, dicho sea de paso, no siempre es fiable (como todo en este mundo) y especialmente de los propios usuarios.
 
 
Emilio Serrano
Cofundador de Surcis y Especialista en Respirometría
 
 

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28/02/2018
Emilio Serrano escribió:
Gracias José Manuel. Me alegra de que te guste el artículo y de que el SN-8 pueda incluir la adición de cloruro de amonio y ATU, ya que ahí está la clave de las medidas realizadas sobre la nitrificación.
Efectivamente, la respirometría debe ser una herramienta de trabajo para los procesos de depuración y, de hecho así se ha aceptado ya en muchas entidades.
27/02/2018 Excelente artículo Emilio. Con las ventajas y la información que proporciona la respirometría es necesario su implementación como herramienta de rutina bajo nuestro punto de vista. Ya sea en formato laboratorio u on-line. Con respecto al equipo SN-8 que hemos desarrollado comentar que si trabaja con adición de cloruro de amonio y además también podemos hacer que la muestra llegue a fase endogena como en laboratorio todo de forma automática. También podemos trabajar con adición de ATU. Un cordial saludo.